船用燃油双螺杆泵转子齿形设计及加工技术研究

摘要

双螺杆泵作为一种外啮合螺杆泵,因其具有结构紧凑、脉动小、吸入能力强、输送介质粘度适应范围广、输送流量大、平稳可靠、使用寿命长等优点,被广泛应用于造船、化工、食品、油田、热电厂、炼油厂、环保等领域。随着我国工业高速发展,国内对双螺杆泵需求越来越大。然而,国内双螺杆泵生产厂家自主设计能力不足,设计齿形单一、加工均匀性差,常常会出现运行不平稳、功率损耗大、磨损快等问题。因此,开展双螺杆泵转子齿形设计及加工方法研究,对改进螺杆泵性能,提高我国双螺杆泵自主研发能力具有重要的理论和实用双重价值。
　　本文以船用燃油双螺杆泵转子为研究对象,基于齿轮啮合原理,运用解析几何方法,分析了螺杆副的相互运动关系,提出了基于直线修形的二次圆弧修形法,建立基于Pro-E平台的三维模型,对主从螺杆虚拟装配模型进行空载动态干涉分析;并开发出螺杆转子型线计算机辅助设计软件;进而,结合空间包络理论,设计出了圆弧修形螺杆加工专用成型刀具。具体研究内容如下:
　　(1)基于双螺杆泵的四类密封条件和型线啮合特性,推导转子坐标转换方程,利用几何法、共轭原理推导出主从螺杆转子理论齿形方程。在分析螺杆运动情况的基础上,提出从动螺杆齿形径向直线修形法的一次修形,及圆弧修形法进行二次修形的螺杆齿形优化方法,结合齿轮啮合原理及坐标变换关系,推导出主杆包络共轭齿廓曲线。
　　(2)结合Pro/E软件建立修形后螺杆三维模型,对主从螺杆进行虚拟装配,分析在空载状态下螺杆副的动态接触情况,以检验螺杆齿形型线设计的合理性;针对燃油螺杆齿形设计计算繁琐的问题,基于Visual Basic5.0软件平台,开发出了可视化燃油螺杆泵螺杆齿形优化设计专用软件。
　　(3)基于啮合原理建立螺杆加工刀具坐标系与螺杆坐标系变换方程,结合在尖点处铣刀圆的切线应与该点的螺旋线的切线重合的螺杆刀具设计原则,分析螺杆与刀具的相互运动关系对刀具安装角和中心距影响规律,推导出基于离散点齿形的螺杆加工刀具接触方程。运用三次样条插值法求解刀具工件包络方程获得螺杆加工盘形刀具廓形,并进行样杆加工试验。